[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strangpressen bzw. Strangziehen, bei dem
umzuformendes Material durch eine Matrize gepreßt bzw. gezogen und entstehende Umformwärme
abgeführt wird.
Das Strangpressen ist ein Umformverfahren zur Herstellung von vollen und hohlen Strängen
mit den verschiedenartigsten, über die Länge gleichbleibenden Querschnittsformen.
Ausgangsform bei Metallen ist meist ein zylindrischer Gußblock oder Walzstababschnitt,
der aus dem Aufnehmer einer Strangpresse durch eine Matrizenöffnung, die dem Werkstückquerschnitt
entspricht, verdrängt wird. Das Strangziehen ist ein Umformverfahrenzur Herstellung
von Draht, Rohren und Profilstangen aus gewalzten Voll-und Hohlsträngen. Diese werden
auf Strangziehmaschinen durch eine ortsfeste Ziehmatrize gezogen. Fertigungsziel
ist ein maßgenaues, oberflächenglattes und dünnwandiges Halbzeug.
[0002] Beim Umformen des Blocks oder Bolzens bzw. Stranges in der Matrize in das gewünschte
Profil entsteht Umformwärme. Die Menge an Umformwärme und die Geschwindigkeit ihrer
Ableitung sind maßgebliche Faktoren für die Maximalgeschwindigkeit des Preß- bzw.
Ziehvorganges und somit für die Leistung der Strangpreß- bzw. Strangziehanlage.
[0003] Bisher ist es bekannt, daß ein Teil der Umformwärme durch Einleiten von flüssigem
Stickstoff in einen Ringkanal zwischen der Matrize und der diese stützenden Druckplatte
abgeführt wird. Bei einer anderen Variante wird über eine Flachstrahl- oder Ringdüse
von der Ablaufseite her gegen die Matrize flüssiger Stickstoff gesprüht. Die Kühlwirkung
derartiger Verfahren ist jedoch begrenzt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
anzugeben, mit dem die Umformwärme auf wirksame Weise abgeleitet werden kann.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das umzuformende Material
in dessen Bewegungsrichtung vor der Matrize gekühlt wird.
[0006] Erfindungsgemäß wird dem umzuformenden Material Wärme an der Stelle innerhalb einer
Strangpreß- bzw. Strangziehanlage entzogen, an der der größte Teil der Umformwärme
entsteht, das heißt in Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials vor der Matrize.
Nach bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung erfolgt die Kühlung des umzuformenden
Materials vorteilhafterweise dadurch, daß das umzuformende Material in indirektem
Wärmetausch mit einem Kühlmittel gekühlt wird. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen,
zusätzlich die Matrize an der dem umzuformenden Material zugewandten Stirnfläche zu
kühlen.
[0007] Da die Umformwärme bei bisherigen Verfahren immer von der Druckplatte aus, d.h. in
Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials nach der Matrize bzw. nach der dem umzuformenden
Material zugewandten Stirnfläche der Matrize erfolgte, war die Kühlwirkung dieser
Verfahren beschränkt.
[0008] Dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt. Erfindungsgemäß
wird durch die Kühlung des umzuformenden Materials an der Stelle, an der der größte
Teil der Umformwärme entsteht, ein Aufheizen der Matrize unterdrückt. Zudem wird der
Bereich der maximalen Wärmeentwicklung von der Matrize weg verlagert. Dieser Effekt
bewirkt ebenfalls, daß die an die Matrize abgegebene Wärme verringert wird.
[0009] Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
eine bessere Verteilung der entstehenden Umformwärme erzielt. Außerdem wird die gesamte
Umformwärme vergleichsweise rasch abgeführt. Aufgrund der optimalen Kühlwirkung an
der Stelle der maximalen Wärmeentwicklung ist eine größere Preß- bzw. Ziehgeschwindigkeit
möglich. Dadurch kann die Leistung einer Strangpreß- bzw. Strangziehanlage gesteigert
werden.
[0010] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein inertes Kühlmittel verwendet
wobei das Kühlmittelnach dem Wärmetausch mit dem umzuformenden Material in Kontakt
mit dem aus der Matrize ablaufenden Strang gebracht wird. Diese Verfahrensweise ermöglicht
ein Inertisieren des an die Matrize anschließenden Ablaufkanals, über den der gepreßte
bzw. gezogene Strang die Matrize verläßt.
[0011] Eine besonders intensive Kühlung und damit eine besonders rasche Abführung der Umformwärme
wird in einer bevorzugten Variante der Erfindung erzielt, wenn als Kühlmittel ein
tiefkaltes Gas, insbesondere ein verflüssigtes Gas verwendet wird. Als besonders
zweckmäßig hat sich als Kühlmittel verflüssigter Stickstoff erwiesen.
[0012] Ein wesentlicher Bestandteil einer Strangpreß- bzw. Strangziehanlage ist die Matrize,
durch die das umzuformende Material entweder mit Hilfe eines Stempels gepreßt oder
mit Hilfe eines Ziehschlittens gezogen wird.
[0013] In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Kühlmittelkanal
bezüglich der Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials vor der Matrize angeordnet,
wobei in den Kühlmittelkanal eine Zuleitung und eine Ableitung münden und der Kühlmittelkanal
eine zur Matrizenöffnung koaxiale Öffnung für das umzuformende Material mit einer
größeren Querschnittsfläche als die Matrizenöffnungsfläche umschließt. Das umzuformende
Material tritt durch die vom erfindungsgemäßen Kühlkanal umschlossene Öffnung hindurch
und wird anschließend durch die Matrize, deren Öffnung den Werkstückquerschnitt bestimmt,
gepreßt bzw. gezogen. Der größte Anteil der Umformwärme wird somit in der unmittelbaren
Nähe des erfindungsgemäßen Kühlmittelkanals gebildet und kann von dem im Kühlmittelkanal
strömenden Kühlmittel aufgenommen und abtransportiert werden. Wird der Kühlmittelkanal
(bezogen auf die Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials) direkt vor der Matrize
angeordnet, so wird die Matrize einerseits durch indirekten Wärmetausch mit dem Kühlmittel
gekühlt und andererseits der Abstand zwischen der dem umzuformenden Material zugewandten
Stirnfläche und dem Bereich maximaler Wärmeentwicklung im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren vergrößert. Dadurch ist der Wärmeeintrag in die Matrize geringer.
[0014] In einer besonders einfach zu fertigenden und eine besonders intensive Kühlung der
obengenannten Stirnfläche ermöglichen die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird der Kühlmittelkanal von einer Platte mit einer kanalartigen Aussparung zusammen
mit der dem umzuformenden Material zugewandten Stirnfläche der Matrize gebildet.
[0015] Wird ein in inertes Kühlmittel verwendet, so hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn das Kühlmittel nach dem indirekten Wärmetausch mit dem umzuformenden
Material zur Inertisierung des die Matrize und die zugehörige Druckplatte durchsetzenden
Strangablaufkanals genutzt wird, durch den der von der Matrize kommende Strang die
Strangpreß- bzw. Strangziehvorrichtung verläßt.
[0016] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Ableitung für das Kühlmittel
eine die Druckplatte durchsetzende und in den Strangablaufkanal mündende Stichbohrung.
[0017] In einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Ableitung für das Kühlmittel
an einer außerhalb des aus Druckplatte und Matrize bestehenden Werkzeugs angeordnete
Leitung angeschlossen, die ihrerseits direkt oder über Bohrungen in der Druckplatte
in den Strangablaufkanal mündet.
[0018] Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Figuren
erläutert werden.
[0019] Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Strangpreßanlage
Figur 2 die Verteilung der Temperatur beim Strangpressen.
[0020] Gemäß Figur 1 soll ein Block 1 durch Strangpressen in einen Werkstückstrang 7 umgeformt
werden. Dazu wird der Block 1 in einen Aufnehmer 10 mit Innenbüchse 11 gegeben und
mittels einer Preßscheibe 2 von einem Preßstempel 3 gegen ein Werkzeug gepreßt. Das
Werkzeug besteht im wesentlichen aus einer Druckplatte 5 und einer Matrize 6. Druckplatte
5 und Matrize 6 werden von einem Werkzeughalter 4 aufgenommen. Strang 7 verläßt die
Matrize durch einen Strangablaufkanal 14, der durch die Matrize 6, die Druckplatte
5 und den Werkzeugbehälter 4 hindurchführt.
[0021] Erfindungsgemäß ist in Bewegungsrichtung des umzuformenden Gutes vor der Matrize
6 ein Kühlmittelkanal 8, 9 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel wird der Kühlmittelkanal
9 von der mit Bezugszeichen 17 bezeichneten Stirnfläche der Matrize 6 und einer Platte
8 mit einer kanalartigen Aussparung gebildet. Die Platte besitzt eine der Matrizenöffnung
(Maß 12) ähnliche, jedoch größere Öffnung (Maß 13).
[0022] In den Kühlmittelkanal münden eine Zuleitung 15 für ein Kühlmittel und eine Ableitung
16. Im Ausführungsbeispiel ist die Ableitung 16 für das Kühlmittel eine die Matrize
6 durchsetzende Stichbohrung. Die Stichbohrung mündet im Ausführungsbeispiel in einen
Ringkanal 18, der seinerseits über Bohrungen 19 mit dem Strangablaufkanal 14 verbunden
ist. Ringkanal 18 und Bohrungen 19 stellen schematisch ein Kühlsystem dar, das herkömmlicherweise
zur Abführung der Umformwärme diente. Dieses Kühlsystem kann erfindungsgemäß weiterverwendet
werden und dient nunmehr aber dazu, im Ringkanal erwärmtes, inertes Kühlmittel in
den Strangablaufkanal 14 zu leiten.
Erfindungsgemäß ist der Kühlmittelkanal 9 an der Stelle in der Strangpresse angeordnet,
an der ohne den Kühl mittelkanal der größte Teil der Umformwärme gebildet würde.
Hierzu wird auf Fig.2 verwiesen, in der die Verteilung der Temperatur beim adiabatischen
Strangpressen mittels Isothermen 20 dargestellt ist. Diese Temperaturverteilung vor
der schematisch dargestellten Matrize 6 mit Stirnfläche 17 stellt sich ein, wenn
kein Kühlmittelkanal 9 vor der Matrize angeordnet ist. Die Positition des erfindungsgemäßen
Kühlmittelkanals 9 ist in Figur 2 schematisch angedeutet. Durch das erfindungsgemäß
Vorsetzen eines Kühlmittelkanals vor die Matrize 6 wird der Bereich der maximalen
Wärmeentwicklung von der Matrize weg verlagert. Außerdem wird die Umformwärme direkt
am Ort ihres Entstehens abgeführt, so daß die Matrize im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren weitaus weniger aufgeheizt wird. Erfindungsgemäß wird bevorzugt verflüssiger
Stickstoff verwendet, der eine besonders intensive Kühlung ermöglicht.
[0023] Flüssiger Stickstoff wird über Zuleitung 15 in Kanal 9 eingeleitet. Dort verdampft
der flüssige Stickstoff in indirektem Wärmetausch mit dem umzuformenden Material.
Der durch die Umformwärme verdampfte Stickstoff strömt durch Ableitung 16, Ringkanal
18 sowie Stichbohrungen 19 in den Strangablaufkanal 14. Dort wird vorhandene Luft
verdrängt, so daß im Strangablaufkanal eine inerte Atmosphäre herrscht.
[0024] Das erfindungsgemäß Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Strangpressen
bzw. Strangziehen aller Metalle und Legierungen dienen. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße
Strangpreßverfahren jedoch auf das Verpressen schwer verpreßbarer Materialien angewendet.
[0025] Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund
der besseren Verteilung der Umformwärme sowie der raschen Ableitung der Umformwärme
eine optimale, intensive Kühlwirkung erzielt wird.
[0026] Dadurch ist eine Steigerung der Preßgeschwindigkeit (Ziehgeschwindigkeit) und letztlich
auch der Leistung der Strangpreß- bzw. Strangziehanlage möglich.
1. Verfahren zum Strangpressen bzw. Strangziehen, bei dem umzuformendes Material durch
eine Matrize gepreßt bzw. gezogen und entstehende Umformwärme abgeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das umzuformende Material in dessen Bewegungsrichtung vor der
Matrize gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umzuformende Material
in indirektem Wärmetausch mit einem Kühlmittel gekühlt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize
an der dem umzuformenden Material zugewandten Stirnfläche gekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein inertes
Kühlmittel verwendet und das Kühlmittel nach dem Wärmetausch mit dem umzuformenden
Material in Kontakt mit dem aus der Matrize ablaufenden Strang gebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel
ein tiefkaltes Gas, insbesondere ein verflüssigtes Gas verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel verflüssigter
Stickstoff ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit
einer Matrize, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmittelkanal (9) bezüglich der
Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials (1) vor der Matrize (6) angeordnet ist,
wobei in den Kühlmittelkanal (9) eine Zuleitung (15) und eine Ableitung (16) münden
und der Kühlmittelkanal (9) eine zur Matrizenöffnung koaxiale Öffnung für das umzuformende
Material (1) mit einer größeren Querschnittfläche (13) als die Matrizenöffnungsfläche
(12) umschließt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkanal (9)
von einer Platte (8) mit einer kanalartigen Aussparung zusammen mit der dem umzuformenden
Material zugewandten Stirnfläche (17) der Matrize (6) gebildet wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 mit einer Druckplatte für die Matrize
sowie einem an die Matrize anschließenden Strangablaufkanal, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ableitung (16) für das Kühlmittel eine die Druckplatte (5) durchsetzende und
in den Strangablaufkanal (14) mündende Stichbohrung (18) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ableitung (16) für das Kühlmittel in eine außerhalb des aus Druckplatte (5) und Matrize
(6) bestehenden Werkzeugs angeordnete Leitung angeschlossen ist, die ihrerseits direkt
oder über Bohrungen in der Druckplatte (5) in den Strangablaufkanal (14) mündet.